不知道大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，生活中使用的一些工具和設(shè)備體積越來(lái)越小，好讓人方便攜帶不占太大的空間，實(shí)際上是因?yàn)檫@些產(chǎn)品內(nèi)部使用的電子元件越做越小了，例如貼片晶振，電阻電容，芯片，電感器之類的，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化生產(chǎn)，各大生產(chǎn)廠商都在研發(fā)新的技術(shù)，臺(tái)灣的TXC晶振公司是其中比較具有代表性的一家。TXC公司量產(chǎn)的2520晶振，在國(guó)內(nèi)外銷量都非常不錯(cuò)，品質(zhì)與服務(wù)都受到用戶的認(rèn)可，接下來(lái)為大家提供TXC公司關(guān)于小型化，2520貼片晶振加速老化模型驅(qū)動(dòng)水平，及其活化能關(guān)系的研究報(bào)告。

抽象-老化性能作為長(zhǎng)期穩(wěn)定性是石英諧振器最重要的特性之一。通常使用較高溫度加速老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果和Arrhenius加速老化模型來(lái)估計(jì)產(chǎn)品壽命。在本文中，表觀熱EaΦ（激活能量）的近似數(shù)學(xué)表達(dá)式可以描述考慮到小尺寸石英諧振器的驅(qū)動(dòng)電平和溫度的老化模型。在100μW下，表觀熱EaΦ值為0.730eV，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電平高于1000μW時(shí)，表觀熱EaΦ變小至0.233eV并呈現(xiàn)飽和趨勢(shì)。我們的工作確保驅(qū)動(dòng)水平確實(shí)有助于老化加速并且不可忽視，特別是小尺寸石英諧振器的估計(jì)壽命。

激活能量值對(duì)壽命估算至關(guān)重要，有些研究發(fā)表了SMD接縫型石英晶體諧振器。當(dāng)晶體尺寸變小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電平效應(yīng)不容忽視，并將影響老化行為。這意味著加速老化模型需要包含驅(qū)動(dòng)級(jí)別效果。對(duì)于石英諧振器的Ea研究，20多年前進(jìn)行的一些經(jīng)典早期研究，但都忽略了非熱性項(xiàng)目的影響，如電流，電壓和功率。然而，Ea與驅(qū)動(dòng)水平效應(yīng)之間的關(guān)系仍缺乏已發(fā)表的研究。本文試圖通過(guò)加速老化實(shí)驗(yàn)，控制驅(qū)動(dòng)水平和溫度條件來(lái)建立這種關(guān)系。本文中石英諧振器的尺寸為2.5x2.0mm。

A.驅(qū)動(dòng)級(jí)別定義：

推導(dǎo)水平定義眾所周知。振蕩電路的構(gòu)造如圖1所示。通過(guò)改變電阻Rd并使用電流計(jì)測(cè)量前面電流A，為Cg和Cd固定相同的電容器。最后，如表I所示，可以計(jì)算導(dǎo)出電平。

圖1.振蕩器電路和驅(qū)動(dòng)電平定義的結(jié)構(gòu)

表I.2.5mmX2.0mm26MHZ基礎(chǔ)型石英共振器的驅(qū)動(dòng)水平計(jì)算

B.有偏見(jiàn)的老化條件：

老化設(shè)備使用商業(yè)QAS-2000，由臺(tái)灣晶技(寧波)和QTS公司共同開(kāi)發(fā)。QAS-2000使用八個(gè)獨(dú)立的受控烘箱，并帶有獨(dú)立的振蕩電路和石英諧振器。這種設(shè)計(jì)不僅克服了舊的一爐設(shè)計(jì)最高125℃的溫度限制，而且保證了溫度只影響石英諧振器，從而使振蕩電路的溫度噪聲最小。

有三種溫度條件包括85℃，125℃和150℃，三個(gè)定義的驅(qū)動(dòng)電平100μW，200μW和1000μW，共有九種組合用于本研究。金屬接縫密封2520小尺寸諧振器，基頻為26MHz。老化頻移使用每個(gè)條件評(píng)估的30個(gè)樣本的平均值，并且每天測(cè)量頻率500小時(shí)（大約21天）。老化頻移結(jié)果如圖2所示。

圖2.不同驅(qū)動(dòng)電平和溫度下2.5mmx2.0mmSeam石英諧振器的老化頻移。

通過(guò)ARRHENIUS加速老化模式的激活能量估算：

A.驅(qū)動(dòng)電平的老化頻移效應(yīng)

為了清楚地看到驅(qū)動(dòng)水平和溫度如何影響石英晶體老化行為，圖3，圖4和圖5分別是100μW，200μW和1000μW的單個(gè)圖。很明顯，老化的頻率偏移不僅會(huì)隨著溫度的變化而變化，還會(huì)受到驅(qū)動(dòng)電平的影響，即使老化的頻率偏移也會(huì)顯示驅(qū)動(dòng)電平，其影響大于溫度。

圖3.在100μW驅(qū)動(dòng)電平下的2.5mmx2.0mmSeam低損耗貼片晶振的老化頻移與不同溫度的關(guān)系。

圖4.在200μW驅(qū)動(dòng)電平下的2.5mmx2.0mmSeam石英諧振器的老化頻率偏移與不同的溫度。

圖5.在1000μW驅(qū)動(dòng)電平下的2.5mmx2.0mmSeam石英水晶振動(dòng)子的老化頻率偏移與不同的溫度。

B.考慮溫度和驅(qū)動(dòng)水平的老化模型

像普通的微電子器件一樣，老化頻率變化的函數(shù)可以表示為（1），它與非熱，熱和時(shí)間有關(guān)

其中R（i）是非熱項(xiàng)，并進(jìn)一步組合Arrhenius加速模型，熱項(xiàng)R（T）可表示為（2），并且在指定時(shí)間內(nèi)R（t）可表示為（3），頻率變化與非熱和熱的關(guān)系變?yōu)椋?/span>4）。

其中C和b是常數(shù)，KB是玻爾茲曼常數(shù)=8.616×10-5（eV/K），Ea是激活能（eV），本文提出了一個(gè)表觀熱EaΦ來(lái)表示非熱項(xiàng)如電流，電壓，甚至對(duì)衰老模型的功效，表示為（5）。

當(dāng)A和B恒定時(shí)，EaΦ是活化能（eV）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以計(jì)算出近似的數(shù)學(xué)表觀熱EaΦ與驅(qū)動(dòng)水平，并進(jìn)一步表示為（6）。不同驅(qū)動(dòng)水平的表觀熱EaΦ總結(jié)為表П。它揭示了小尺寸晶振不能忽視高驅(qū)動(dòng)功率效應(yīng)，特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電平超過(guò)100μW時(shí)，激活能量將從0.730eV急劇下降到0.355eV，這直接降低了石英諧振器的估計(jì)壽命。圖6甚至顯示當(dāng)驅(qū)動(dòng)電平超過(guò)1000μW時(shí)，表觀熱EaΦ表現(xiàn)出飽和趨勢(shì)，最小值為0.233eV。

表II.2.5MMX2.0MM縫式石英諧振器的近似數(shù)學(xué)EA表達(dá)式

圖6.表觀熱EaΦ與驅(qū)動(dòng)水平的關(guān)系

對(duì)于小尺寸晶體諧振器，壽命估算的驅(qū)動(dòng)電平效應(yīng)不可忽略，并將影響經(jīng)典Arrhenius加速老化模型中的激活能Ea值。本文提供了TXC晶振關(guān)于Ea與驅(qū)動(dòng)水平之間關(guān)系研究的初步步驟。需要對(duì)機(jī)制和更多條件進(jìn)行更多研究，以便更清楚地了解未來(lái)石英諧振器的驅(qū)動(dòng)電平效應(yīng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電平足夠高時(shí)，看起來(lái)驅(qū)動(dòng)電平對(duì)Ea的相對(duì)貢獻(xiàn)將會(huì)飽和?？梢越忉尀轵?qū)動(dòng)水平也有助于老化加速，當(dāng)驅(qū)動(dòng)水平變高時(shí)，Ea的相對(duì)熱貢獻(xiàn)會(huì)降低。